布西水电站坝址边坡地应力场及岩体力学特性的试验

某水电站坝基岩体主要为凝灰岩和安山岩岩体,断裂构造发育,裂隙较发育,对此进行了岩体变形试验,对砼/岩石、岩石本身及岩体软弱结构面进行了抗剪(断)试验,获得了变形模量、弹性模量参数及抗剪(断)参数,基本反映了坝基岩体的力学特性,为设计提供了可靠的依据。

糯扎渡电站是澜沧江中下游河段上的巨型水电工程,在可行性研究阶段进行了相当数量的现场岩体变形试验,混凝土基岩间抗剪试验,岩体本身抗剪试验及结构面抗剪试验。获得了岩体变形参数和各种岩体抗剪参数,试验成果较好,基本反映了糯扎渡水电站坝址区的岩体力学特性,为设计提供了可靠依据。

观音岩水电站坝基岩体主要为泥岩、细砂岩、粉砂岩、砾岩，断裂构造及裂隙发育，为此对岩体自身岩体变形试验及岩体/岩体、砼/岩体进行了抗剪（断）试验，获得了岩体的变形模量及抗剪（断）参数，基本反映了坝基岩体的力学特性，为设计提供了可靠的依据。

对怒江松塔水电站坝址区主要岩层进行了较系统的试验研究,包括岩体结构的野外调查、岩块室内试验及岩体力学参数经验估算等。对各种试验数据进行了分析整理,得到了岩块的物理力学性质参数。然后用岩体工程分类及hock-brown经验方法对各类岩体的力学参数进行了估算。在分析对比基础上,并考虑岩体所处地质条件,给出了各种岩体的计算参数建议值,为水电站大坝设计提供计算参数。

根据某水电站厂区地质条件及地应力实测资料,本文运用灰色控制系统理论及有限元数值分析方法,对该区域岩体初始地应力场进行分析。经过多方案计算与筛选,为工程结构设计和施工提供了可用的三维初始应力场,同时,文中所描述的计算模型及分析方法亦为其他工程提供了有益的借鉴。

乌江银盘水电站基础为典型的软硬相间的工程岩体。介绍了预可研及可研阶段现场和室内岩石力学性质试验方法、试验成果,充分揭示了该工程岩石物理力学性质的特点,尤其是国内水电工程中较为少见的大湾组页岩。从试点的地质代表性、岩石的破坏形态、大范围岩体的声学特征等方面分析了岩体的变形特性、岩体直剪强度特性、混凝土与岩体接触面直剪强度特性及页岩的声学特性。提出了可供设计采用的工程岩石力学参数。

基于小湾水电站坝址区工程地质地形条件,研究分析了影响工程考察域初始地应力场的基本因素及其空间分布,建立了坝址区三维有限元计算模型和初始地应力场参数空间分布模型;利用大型通用有限元软件msc.marc和地应力实测资料,借助最小二乘法原理,以回归精度为目标函数,优化了构造挤压荷载的模拟和作用组合,实现了初始应力场空间分布模型的参数估计。计算结果表明,改进后的方法较传统方法回归精度有了较大提高,能较为合理地模拟小湾坝址区三维初始地应力场。

岩体初始应力场是影响岩体变形与稳定的主要力源,也是岩土工程设计和施工中考虑的主要因素之一,尤其在高地应力地区显得尤为重要。根据官地水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,运用有限元数值分析方法,对坝址区初始应力场进行回归反演分析,计算结果表明:厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成;通过多方案分析论证,实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上均较为接近,表明反演得到的坝址区三维地应力场是合理的,符合近坝区地质构造历史背景,其成果可供工程采用。

在对江坪河水电站区域地应力场特征进行实测分析的基础上,通过对三维模型施加不同的边界载荷,对比分析应力拟合点处的计算应力与实测应力,采用三维数值分析方法对水电工程坝址区初始地应力场进行反演分析。结果表明:江坪河水电站坝址区初始地应力场量值较低,最大主应力为2.5mpa,方向为n45°w;最小主应力为1.5mpa,方向为n45°e。应力拟合点处应力计算值与实测值较为接近,表明反演得到的坝址区初始地应力场是合理的,符合坝址区地质构造历史背景。

地应力场是一个受多种因素相互作用与影响的复杂系统.这个系统包含相互联系的不同组成部分,如自重,构造运动作用,地形、地势等地貌情况,断层、裂隙等地质构造,地质力学参数等.地应力作为引起变形和破坏的基本作用力,不仅是引起岩体变形和破坏的力源之一,也是影响岩体力学行为的主要控制因素,是进行岩体工程问题分析、设计计算和稳定性预测评价的初始条件之一,因而在高地应力地区进行初始地应力场的特征分析是非常必要的.尽管可以通过现场实测地应力来直接准确地为地应力场提供数据,但由于现场实测地应力的测试费用昂贵、测试所需时间长和现场试验条件艰苦等原因,不可能进行大量的测量,因而利用有限的数据和科学的方法对研究区进行地应力场的反演分析十分重要,为实际工程活动提供可靠依据.

拉西瓦水电工程坝址区为高山峡谷地貌,受地质构造应力、自重、地表剥蚀和河流侵蚀卸荷等多因素影响而赋存有高地应力,河谷区钻孔岩芯饼化与探洞片状剥落现象明显。该区地应力场及其空间分布特征与多期地质构造运动及河谷演化历史等因素有关,要合理确定其三维地应力分布状况与大小难度较大。为此,采用多元回归与逐步回归相结合的方法对工程区域初始地应力场进行了详细反演。在此基础上,深入研究了河谷区地应力场的空间分布特征与规律,并就其形成机理开展了多因素影响效应分析,可供我国高地应力区水电工程建设参考。

结合某水电站坝区地形地质条件,利用21个测点的实测资料对坝区的地应力场进行三维有限元回归分析,揭示了该地区域内岩体初始地应力场的基本特征和分布规律,并研究了地质构造和左右岸各类结构面对坝址区初始地应力场的影响.

布西水电站位于四川西部高原,坝址区两岸谷坡陡峻,河谷深切,形成超高边坡。岩体中构造裂隙较发育,各结构面组合后,可能形成不稳定楔体,影响边坡的稳定性;根据边坡的分区特征,评价方法及结果,可为设计边坡支护处理提供依据。

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1mm或大于0.8mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1-0.8mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明:裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式(3)可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1mm或大于0.8mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1~0.8mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。

坝基岩体力学参数的选择是否合理,关系到工程的造价和安全运行。鱼潭水电站前期勘测工作,在加强坝基基本地质条件调查的同时,注重岩体力学性质的测试。通过对坝基岩体力学特征的研究,采用适宜的分析计算方法,并结合地质条件、上部建筑物的工作状况及可能实现的工程措施的综合分析,为工程设计和建设提供了较为合理的参数,工程投产至今,大坝运行情况良好。

岩体力学在边坡工程中的应用——一、边坡中的应力分分析　　现有方法：　　（1）应力测量法；　　（2）室内光弹性和模拟实验法；　　（3）数值计法；　　（4）近似计算法　　

两河口水电站地下厂房位于高地应力区,地质条件复杂,厂址区岩性以粉砂质板岩为主,具有明显的层理分布特征。基于现场取样基础,开展不同层理倾角板岩的三轴试验分析,对板岩的强度特征、变形特征、弹脆性破坏模式等进行深入研究。试验成果表明:(1)厂址区板岩的强度具有显著的倾角效应,且强度离散性极大;(2)岩样弹性模量、内摩擦角和内聚力随着层理面倾角的变化都呈u形规律,在45°左右达到最低值。(3)各种倾角的板岩在试验中均表现出明显的弹脆性破坏特征。试验结果为合理选取厂房纵轴线、洞群布置、开挖支护设计、及有效控制大型地下洞群大变形破坏和围岩稳定提供依据。

采用孔径变形法对大渡河长河坝水电站坝址区斜坡深部地应力场进行测试,并采用简易、快速、经济的硐壁应力恢复法对坝址区两岸不同高程勘探平硐内的硐壁应力场进行系统测试。研究成果表明,斜坡应力场随深度变化呈驼峰式分布,斜坡应力场具有明显的分带性,由表及里可分为应力降低带、应力增高带、应力波动带和应力平稳带。应力降低带水平深度右岸一般小于36～54m,左岸一般小于65～95m;应力增高带右岸约在水平深度40～90m处,左岸约在水平深度65～125m处;应力平稳带一般水平深度大于360m,地应力值在20mpa以上,实测最大值达31.96mpa,最大主应力方向为nww～ew向,属潜在走滑型。并简要分析深切河谷区斜坡应力场呈驼峰式分布的原因。研究成果对认识深切河谷区斜坡应力场具有重要意义。

介绍了溪洛渡水电站坝址区岩体柔性板法蠕变试验方法及试验结果,给出了岩体蠕变模型及其参数,为工程设计提供了参考依据。

边坡岩体软弱夹层力学特性试验研究——采用自制试验装置，进行边坡岩体中的软弱夹层的力学特性试验。分析实测的剪应力一变形曲线发现，该曲线有明显的比例极限、屈服点和峰值点，表明在试件受力变形初期，剪切力一变形近似呈线性关系，剪切刚度为常量；随法向应...

针对大岗山水电站坝区v型河谷地形地貌特征,根据地应力实测资料及地质构造条件,考虑边坡浅表全风化、强风化地层以及断层破碎带对坝区初始地应力场的影响,建立了坝区初始地应力场三维回归计算分析模型。通过多元回归三维数值计算,求得地应力最优回归系数,较为准确地反演了大岗山坝区的初始地应力场。计算结果表明,大岗山坝区初始地应力场是一个在浅部以构造应力为主、在深部以自重应力为主、由构造应力和自重应力联合组成的中等偏高的地应力场,研究结果为坝区边坡开挖及长期稳定性分析提供了重要依据。